土方工程施工

点的自然地面标高和实际采用的设计标高，算出
相应的角点填挖高度，然后计算每一个方格的土 方量，再将场地上所有方格的土方量求和，并算 出场地边坡的土方量，这样即可以得到整个场地 的挖、填土总方量。
标注示意
1）计算各角点的施工高度
' hn 设计标高 自然标高 H n H n
施工高度：“+”——填；“-”——挖
图2.2 基坑土方量计算
图2.3 基槽土方量计算
1)基坑土方量计算

基坑：长宽比小于等于3的矩形土体， 计算：按立体几何中棱柱体（由两个平行的平 面作底的一种多面体）的体积公式计算，即
H V ( A1 4 A0 A2 ) 6
V—土方工程量，m3； H—基坑深度，m； A1、A2—基坑上下的底面积，m2； A0—基坑中截面的面积，m2。

2）确定“零线”
x1 h1 a h1 h2
h2 x2 a h1 h2
图2.8 零点位置图解法 图2.9 零点位置计算示意图 h1 、h2 —分别为填和挖角点施工高度； x1 、x2 —分别为零点至填和挖角点水平距离
“零线”：“零点”所连成的线。 “零点”：方格边界上施工高度为0的点，插入法确定。
（4）土的重度：γ＝ρg
（式中：g—重力加速度。）
（5）土的干重度：γd＝（Ms/V）g
（6）饱和重度：
γsat＝[（Mw+Ms+Va×ρw）/V] g
（7）有效重度:γ'=γsat-ρwg=γsat-γw
土重度的比较： γsat≥γ≥γd≥γ'
（8）孔隙比：e＝Vv/Vs*100% （9）孔隙率：n＝Vv/V*100%
土可松性的影响 土的可松性导致场地设计标高的提高 调整场地设计标高应采用最后可松性系数
场内和场外挖、填土的影响
设计标高以上的填方工程（降低标高）
设计标高以下的挖方工程（提高标高） 就近从场外挖土（提高标高） 就近弃土于场外（降低标高）
小结：填土量大，场地设计标高提高；
挖土量大，场地设计标高降低。
（12）土的可松性：
V2 土的最初可松性系数：K S V1 土的最后可松性系数：K‘ V3 S V1
注：Ks＞Ks'＞1.0
V1—自然状态下土的体积； V2—开挖后的松散体积； V3—回填压实后的体积。
一般有：V2＞V3＞V1
（13）土的渗透性
土体孔隙中的自由水在重力 作用下会透过土体运动，这种 被水透过的性质称为土的渗透 性。 以确定降水方案和计算涌水 量、确定土方填筑铺筑顺序。 (⊿H-水头差;
（1）土的体积：V=Vw+Va+Vs＝Vv+Vs
式中：Vw—水的体积，Vs—土颗粒的体积， Va—气
体体积，Vv—孔隙的体积。
（2）土的质量：M=Mw+Ms
式中：Mw—水的质量，Ms—土颗粒的质量。
（3）土的密度：ρ＝M/V
天然密度ρ ： 和土的天然密度，是指土在天然 状态下单位体积的质量，它影响土的承载力、 土压力及边坡的稳定性。 干密度ρ d ：土的干密度，是指单位体积土中固 体颗粒的质量，即土体空隙中无水时的单位土 重。一定程度上反应了土颗粒排列的紧密程度， 可用来作为填土压实质量的控制指标。


2)基槽土方量计算
基槽的土方量可以沿长度方向分段后，再用同 样的方法计算，即
Li Vi Ai1 4 Ai 0 Ai 2 6

则基槽总土方量为各段的和，即
V V1 V2 Vn

2.2.2
场地设计标高的确定
场地平整土方量计算主要步骤（三步）： 1、场地设计标高的确定
土方量平衡表
场地平整土方量计算与调配步骤回顾
计算场地设计标高
挖填方平衡
划分网格
调整场地设计标高
根据土的可松性调整
根据泄水坡度调整，等
确定零线
计算各角点施工 高度后定零线
计算各方格挖填土方量
土方调配

2.3 土方边坡和土壁支护
2.3.1 边坡稳定

土壁稳定主要依靠土体的抗剪强度来维持平衡。
土体抗剪强度来源于土体的内摩擦力和粘结

近年来，本地区在基坑施工中由于开挖不慎，造 成基坑坍塌的事故屡有出现，对周围建筑、道路、 管线等造成很大破坏，从而影响了工程进度，给 人们生活带来不便，造成不好的社会影响。本工 程基坑土方开挖如何施工才能安全并尽量减少对 周围环境的影响？
2.1 土方工程概述
2.1.1 土方工程的特点及施工要求
h32 a2 h42 V3.4 ( ) 4 h2 h3 h1 h4
（3）一个角点为挖，另三个角点为填：
3 a2 h4 V4 6 (h1 h4 )( h3 h4 )
a2 V1.2.3 (2h1 h2 2h3 h4 ) V4 6
4）计算场地边坡的土方量
单位时间渗水量： 渗流速度：
L-渗流路径长度;
A-土体横截面积)
常规土体渗透性比较： 粘土﹤粉土﹤砂土﹤砾石
2.2 土方量计算与土方调配
2.2.1 基坑（槽）土方量计算
土方工程的地形往往复杂，几何形状不规则，要进行 精确计算比较困难。通常都是将其假设或划分成为一 定的几何形状，并采用具有一定精度而又与实际情况 近似的方法进行计算。
3）泄水坡度对场地设计标高的影响
注：设计无要求时，泄水坡度≥0.002。
单向泄水： H n H 0 l i 双向泄水：H n H 0 l x ix l y i y
2.2.3 场地平整土方量计算

方格网法：就是用方格网控制整个场地，将场地
划分为20~40m的正方形方格网。根据每个方格角
1）面广量大、劳动繁重 2）施工条件复杂
组织土方工程施工的要求（4条）：

1）在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工； 在条件不够或机械设备不足时，应创造条件，采 取半机械化和革新工具相结合的方法； 2）要合理安排施工计划，尽量避开冬季、雨季施 工，并做好相应准备工作。 3）对土方进行合理调配、统筹安排，降低费用。 4）做好调查研究，了解土壤的种类和工程性质， 工期要求、质量要求及施工条件，施工地区的地 形、地质、水文、气象资料，拟定合理的施工方 案和技术措施，以保证工程质量、安全、进度。

每个方格体积按照等效柱体（平均高度）计算；
照挖填土方量相等的原则，场地设计标高可按下 式计算：
简化为：
2 H i1 H i 2 H i 3 H i 4 H 0 Na a 4
2
H0
H
i1
H i 2 H i3 H i 4 4N

第2步：计算土方量 计算各调配区土方量，并标明在图上。

第3步：求出每对调配区之间的平均运距。
平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心 距离； 每个调配区的重心计算方法如下：取场地或方 格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土 方的重心位置，即：
V x X V
V y Y V
2)应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。 3)应采取分区与全场相结合来考虑的原则。 4)还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。 5)合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、 运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充 分发挥。
土方调配图表法：

第1步：划分调配区
在场地平面图上先划出挖、填区的分界零线； 根据地形及地理条件，把挖方区和填方区再 适当地划分为若干调配区，其大小应满足土 方机械的操作要求，例如调配区的大小应大 于或等于机械的铲土长度。
2.2.4 土方调配
土方调配：就是对挖土的利用、堆弃和填土的取
得三者之间的关系进行综合协调的处理。其目的
是方便施工，并且在土方总运输量（m3²m）最小
或土方运输成本（元）最低的条件下，确定填、
挖方区土方的调配方向、数量和平均运距，从而 缩短工期，降低成本。

土方调配的原则
1)力求达到挖、填平衡和运距最短（成本最小化）。
“零线”特征：挖填区的分界线；是一条连续的线；假设场 地无限大，是封闭的；在一个场地上可能会有多条；
3）计算方格网内的土方量
（1）全挖全填：
a2 V （h1 h2 h3 h4 ) 4
（2）两个角点为挖，另两个角点为填：
a 2 h12 h22 V1.2 ( ) 4 h1 h4 h2 h3

第5步：绘出最优方案的土方调配图和土方量平衡表
土方最优调配图
填方区编号、填方区数量（m3） 挖方区编号 挖方数量（m3）
T1 800 50 W1 500 400 100 T2 600 70 T3 500 合计 1900
40 W2 500 500
60 W3 500 400 100
70
40 W4 400 400

第4步：最优调配方案的确定。
根据每对调配区的平均运距L0，绘制多个调配 方案，比较不同方案的总运输量Q=Σ V²L0，以 Q最小者为经济调配方案。 大型的土方工程，可利用电算求解该线性规划 问题来确定最优调配方案。 如果是中小工程，挖填方数目不多，可采用 “表上作业法”求解土方调配问题。




2.1.2 土的工程分类
工程分类直观的鉴别方法，就是根据开挖
难易程度和开挖中使用不同的工具和方法
来进行分类。

土的开挖难易程度直接影响土方工程的施 工方案，劳动量消耗和工程费用。 土越硬，劳动量消耗越多，工程成本越高。

2.1.3 土的工程性质 土的构成：固体颗粒、水和气体三部分。
进一步简化为：
1 H1 2 H 2 3 H 3 4 H 4 H0 4N
满足挖填方平衡 的平均高度
1
2
4
3
方格网
2）场地设计标高的调整
所计算的标高，纯系初步计算值，还需考虑多 种因素进一步进行调整。

由于边坡填挖土方量不等（特别是坡度变化大 时）而影响设计标高的增减（根据具体情况确 定）；
《土木工程施工》之
第1章 土方工程施工
主要内容
土方工程概述
土方工程量计算与土方调配
土方边坡与土壁支护
排水与降水 土方工程机械化施工
【实际问题】

某工程位于经济开发区内, 北侧和东侧为道路, 南 侧和西侧紧临其他建筑。该工程为高层综合楼, 地 下一层地上二十二层, 基坑呈矩形状, 长98.0m, 宽40.2m, 地下水位距地面1.500m 左右, 基础开挖 深度为6.00m。该工程所处地区地下水位高, 土质 条件差,属冲积-海积平原, 填垫前为盐田, 现用耕 植土填起。主要土层为淤泥质粉质粘土和淤泥质粘 土层, 含水量一般在50%左右, 孔隙比一般在1.2～ 1.6 之间,土的压缩性高, 抗剪强度低, wenku.baidu.com外荷载 作用下, 地基承载能力低, 变形大, 不均匀沉降也 大。
孔隙比和孔隙率之间的换算关系：
e＝n/(1-n) n=e/(1+e)
（10）饱和度：St=Vw/Vv*100%


mw （11）土的含水量： 100 % ms
mw——土中水的质量；
ms——土中固体颗粒经温度为105℃烘干后的质量。
土的含水量会影响土方开挖、边坡稳定和回填土 夯实等的施工。当土的含水量超过25%~30%时， 采用机械施工就很困难，含水量超过20%是，一 般运土汽车就容易打滑、陷车，影响挖土机的工 作。回填土夯实时若含水量过大则会产生橡皮土 现象，无法夯实。
2）初步计算场地设计标高



将地形图划分方格，方格一般采用20m³20m～40m³40m， 如图所示。 每个方格的角点标高，一般根据地形图上相邻两等高线 的标高，用插入法求得； 在无地形图的情况下，也可在地面用木桩打好方格网， 然后用仪器直接测出。
图2.4 场地设计标高计算简图 1—等高线；2—设计标高平面；3—自然地面；4—零线
场地初步设计标高的计算
场地设计标高的调整 2、土方量计算 确定零线—挖填方的分界线 计算各区格土方量
计算挖方和填方总工程量
3、土方调配的规划
场地设计标高的确定原则： 一般应在设计文件上规定；若设计文件对场地 设计标高没有规定时，对中小型场地可采取“挖 填土方量平衡法”确定；对大型场地宜作竖向规 划设计，采用“最佳设计平面法”确定。 主要考虑因素: 满足工艺和运输的要求 尽量利用地形，减少挖填方量 场地内挖、填方平衡，土方运输总费用最少 有一定的泄水坡度（≥0.002），满足排水要求， 并考虑最大洪水水位的影响。